第4章 多级汽轮机 2h
多级汽轮机的工作原理解析
一、为何采用多级汽轮机：
1、对汽轮机的要求：
1）提高汽轮机效率：减小汽轮机的各种损失；提高蒸汽初参数和降低 背压；
2）提高汽轮机功率：增大进入汽轮机的蒸汽量；增大汽轮机的焓降。
从以上两个方面出发，都要求提高蒸汽在汽轮机中的焓降。
2、单级汽轮机功率增大后带来的问题： 焓降增大后，喷段： 1）喷嘴出口汽流角α1较小：
冲动式汽轮机的α1=11°-14°； 反动式汽轮机的α1=14°-20° 2）反动度不大； 3）级的焓降不大，各级焓降变化也不大； 4）各级的效率相对较低： ①级内损失有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、漏汽损失、鼓风摩擦损 失等； ②高压级段高压级段蒸汽比容较小，漏汽损失较大，对于部分进汽的级， 还存在鼓风损失； ③高压级段蒸汽比容较小，叶轮摩擦损失较大； ④高压级段叶高相对较小，故喷嘴损失、动叶损失也较大；
进汽端和排汽端得进汽机构节
流损失和排汽管损失后，多级 汽轮机的有效焓降为ΔHi,，因此， 多级汽轮机的相对内效率为：
i
H i H t
1）多级汽轮机的循环热效率大大提高。
2）多级汽轮机的相对内效率也提高：
①多级汽轮机各级均在最佳速比下工作，各级的相对内效率较高，且各 级的圆周速度和级的直径较小，叶轮和叶片的离心力较小；
②除级后又抽汽口或进汽度改变较大等特殊情况外，多级汽轮机各级的 余速动能可以全部或部分地被下一级所利用，从而提高了汽轮机的相 对内效率；
③多级汽轮机的多数级是在非临界状态下工作的，这使得在工况变动时 级的相对内效率变化较小；
④由于各级的焓降较小，在速比一定时，级的圆周速度和平均直径也较 小，在容积流量不变的条件下，使得喷嘴和动叶的高度增大，叶高损 失减小；若采用部分进汽，则部分进汽度增大，部分进汽损失减小， 从而使得汽轮机的相对内效率提高；
汽轮机-多级汽轮机
多级汽轮机♦多极汽轮机概述♦蒸汽在多级汽轮机内的能量转换♦多级汽轮机的结构♦汽轮机的轴封系统多级汽轮机的必要性♦F u=D(c1cosα1+c2cosα2)♦P u= u F u= Du(c1cosα1+c2cosα2)♦随D增大,要求叶片加长,离心力大,叶片根部拉断。
♦随压差增大，c1cos α1增大，F u增大，叶片折弯。
东方汽轮机厂生产的双缸双排汽300 MW汽轮机纵剖面东汽超超临界1000MW汽轮机蒸汽在多级汽轮机内的能量转换♦一、能量转换过程1p2p3p4p5phsΔhmactΔh t’1Δh t’2Δh t’3Δh t’4Δh t，2Δh t，3Δh t，4Δh i，1Δh i，2Δh i，3Δh i，4Δhmac i二. 多级汽轮机的特点（一）多级汽轮机的效率大大提高z在设计工况下每一级都在最佳工况附近工作z余速动能可以全部或部分的被下一级利用z在容积流量相同的条件下由于直径较小因而叶高损失减小，喷嘴流动效率较高z蒸汽初参数可大大提高，排汽压力降低，采用回热循环和中间再热循环，所以多级汽轮机的循环热效率高（二）多级汽轮机单位功率的投资大大减小z单机功率大。
单位功率汽轮机组的造价、材料消耗和占地面积减小。
（三）多级汽轮机存在的问题z增加了一些附加损失，如隔板漏汽损失；z增加了机组的长度和质量；z对零件的金属材料要求提高；z级数增加，结构更加复杂。
¾总体上讲：多级汽轮机远优于单级汽轮机。
多级汽轮机由于具有效率高、功率大、投资小等突出优点而得到广泛应用。
三、多级汽轮机内的损失♦进汽节流损失–由于节流作用引起的焓降损失–与管道长短、阀门型线、蒸汽室形状及气流速度等有关–包括两个汽缸之间♦排汽节流损失–由于排气管压力损失引起的焓降损失–取决于排气管中气流速度大小、排气管结构型式和它的型线三、多级汽轮机内的损失♦轴封漏汽损失–间隙、压差、漏出（入）、降低效率–正压轴封与负压轴封♦机械损失–克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力等–与转速有关四、汽轮机的功率和效率♦1 汽轮机的内功率–多级汽轮机内功率P i等于各级内功率之和♦2汽轮机的轴端功率–汽轮机的输出静功称为轴端功率P a=P i-ΔP m♦3 机械效率–轴端功率与内功率的比值η= P a/ P im四、汽轮机的功率和效率♦4 汽轮机的内效率–汽轮机的内功率与单位时间汽轮机中消耗的理想能量之比–反映蒸汽热能转换为机械功的相应关系–不直接反映汽轮机性能的优劣四、汽轮机的功率和效率♦5 汽轮机的相对内效率–汽轮机的有效焓降与理想焓降的比–反映汽轮机通流部分的完善程度，取决于汽轮机内各项节流损失和级内损失的大小，与轴封漏汽无关（78～90％）–若无回热抽汽，相对内效率＝内效率汽轮机的相对内效率五余速利用和重热现象♦余速利用–上一级的余速可部分被本级利用–两级间轴向间隙小–平均直径相近–全周进汽♦重热现象♦级内的各项损失最终因摩擦转变为热量，被蒸汽吸收，提高蒸汽的做功能力，这种现象称为重热现象21P0P1p2Δhstδhnh2tΔhs Δhδhbδhc六．多级汽轮机的轴向推力及其平衡1. 轴向推力♦汽轮机在运行时，转子需要承受很大的轴向推力。
多级汽轮机介绍
2、循环热效率
t
t
H t Q0
H t h0 hc'
3、绝对电效率 ael
ael trim g
（一）汽耗率
定义：汽轮发电机组每发1kwh的电 所消耗的蒸汽量。
符号：d 单位：
d D 3600
Pel H trel
kg /(kw h)
（二）热耗率
定义：汽轮发电机组每发1kwh的电所消耗 的热量。
hi E0
ht h hc2 ht
当余速动能被下一级利用时，1
0
，则：
ri
' ri
，
即本级余速被下一级利用后，可以提高本级的内效 率。
2
2、余速利用对整机效率的影响 整机热力过程线左移，整个过程的熵增 减小，效率提高。 3、实现余速利用的条件 （1）相邻两级的部分进汽度相同。 （2）相邻两级的通流部分过渡平滑。 （3）相邻两级之间的轴向间隙要小， 流量变化不大。 （4）前一级的排汽角α 2应与后一级喷 管的进汽角α 0g一致。
⒉外部漏汽损失 产生原因： ① 汽轮机的主轴在穿出汽缸两端时，为了
防止动静部分的摩擦，总要留有一定的 间隙，又由于汽缸内外存在着压差，则 必然会使高压端有一部分蒸汽向外漏出， 这部分蒸汽不作功，因而造成了能量损 失。 ② 在处于真空状态下的低压端会有一部分 空气从外向里漏入而破坏真空，增大抽 气器的负担。
第二节 多级汽轮机的损失及其
装置的效率和热经济指 标
一、多级汽轮机的损失
损失分类： 1、 外部损失：不直接影响蒸汽状态的损失。 2、 内部损失：直接影响蒸汽状态的损失。 （一）外部损失 1、 机械损失：汽机运行时，克服支持轴承 和 推力轴承的摩擦阻力，带动主油泵、调速器等消 耗一部分有用功造成的损失。
多级汽轮机资料
2.3 多级汽轮机的轴向力及其平衡
2.4 轴封及轴封系统
轴封：在汽缸两端转子穿出处，转子与汽缸间的汽封。作用是减小 漏汽损失，防止蒸汽外逸和空气内漏。 主要型式：曲径式汽封，平齿汽封、蜂窝式。 2.4.1 工作原理和计算
汽轮机中汽封有隔板汽封，叶根及叶顶汽封、轴端汽封和门杆汽封。
原理
蒸汽在汽封中的流动当作绝热等焓过程。蒸汽在流经汽封 片时节流加速，然后在腔室中产生涡流，将汽流动能转变为热能。 随压力降低，蒸汽比容增大，故对相同结构的汽封，汽流速度是逐 级增大。又因膨胀后焓值变小、音速降低，因此在汽封中如果出现 超临界流动，只能在最后一个汽封片处出现。
汽流产生的抽汽效应和叶轮旋转产 生的泵浦效应。三者的流量决定于
隔板与叶轮空间的压力 pd 。
叶轮反动度 漏汽量计算 隔板漏汽量G
公式计算。
d
pd p2 p0 p2
11
计算按汽封漏汽计算
l1 A1
z 2( p0 pd ) vd
Gl1
平衡孔漏汽量G
Gl 2 l 2 A2
中
大
大
大
较大 湿汽 稍低
2.1 多级汽轮机的特点
ABB û Â Æ Ö » ú ¸ ÷û Æ ¸ ×ð Ë Ê §Ö ·² ¼
100% 80% 60% 40% 20% 0%
27 45 28 ß Ñ ¸ ¹ ¸ ×
33
50
44 32 23 Ð Ñ Ö ¹ ¸ × 18 Í Ñ µ ¹ ¸ × Ò Í ¶ Ð Ë ð Ê § þ ´ ¶ Î ÷ Á ð Ë Ê § ¹ Â Ð © Ë ð § Ê
2.1 多级汽轮机的特点
多级汽轮机是提高机组功率和效率、实现抽汽回热和中间再热的
汽轮机2
2. 多级汽轮机2.1 多级汽轮机的优越性及特点2.1.1 多级汽轮机的优越性和存在的问题（一）多级汽轮机的热效率大大提高 1、多级汽轮机的循环热效率大大提高多级汽轮机的比焓降可比单级汽轮机增大很多，因而多级汽轮机的蒸汽初参数可大大提高，排汽压力可以降的很低，还可采用回热循环和中间再热循环，所以多级汽轮机的循环热效率大大高于单级汽轮机。
2、 多级汽轮机的相对内效率明显提高1）多级汽轮机在设计工况下每一级都在最佳速比附近工作，这就使它比单级汽轮机的相对内效率高。
2）在一定条件下，多级汽轮机的余速动能可以全部或部分地被下一级利用，而单级汽轮机的余速动能不可能被下一级利用。
对于多级汽轮机，只要相邻两级的部分进汽度相同，平均直径变化平滑，喷嘴进汽角与上一级的排汽角相近，级间的轴向间隙较小，两级的流量变化不大，那么上一级的余速动能可以全部或部分地被下一级利用。
除调节级及本汽缸地最末级外，多级汽轮机其他各级地余速动能一般可被下一级利用，因此整个汽轮机地内效率提高了。
3）多级汽轮机各级的比焓降比较小，速比一定时的圆周速度和平均直径m d 也都较小根据第一章中的连续方程111sin t n m n t G v e d l c μπα=可知，在容积流量1t G v 相同的条件下，由于m d 较小，喷口出口高n l 度增大，因而叶高损失减小，喷嘴流动效率较高。
4）多级汽轮机上面级的损失可以部分地被下面各级利用，使全机相对内效率提高，这种现象称为重热现象，这也是其效率比单级汽轮机高的一个原因。
综上所述，由于多级汽轮机的效率比单级汽轮机高得多，所以多级汽轮机的单位功率能耗大大低于单级汽轮机。
（二）多级汽轮机单位功率的投资大大减小多级汽轮机的单级功率可以远远大于单级汽轮机，因而使单位功率汽轮机组的造价、耗材和占地面积都比单级汽轮机大大减小，容量越大的机组减小得越多，这就使多级汽轮机单位功率得投资大大减小。
（三）多级汽轮机存在的问题1）增加了一些附加损失，如隔板漏汽损失。
多级汽轮机
：达到临界速度
：未达到临界速度
2. 轴封孔口流量系数
由图可以看出，轴封齿在进汽侧不应做成圆
弧状或斜面状，应保持轴封齿的尖锐边缘， 此时流量系数较小，1 0.7 ~ 0.8 但是尖锐边缘在汽机运行中会因摩擦
钝化，此时流动情况接近喷嘴，
流量系数变大1 1
3.光轴轴封漏汽量修正系数
p0
p1 pd
p2
1.作用在动叶上的轴向推力FZ
作用在动叶上的轴向推力FZ 是由动叶前后的静压差和 汽流在动叶中轴向分速度的改变所产生的
FZ G(c1 sin 1 c2 sin 2 ) d m lb ( p1 p 2 )
压力反动度 p： p1 p 2 p＝ p0 p 2 于是 p p1 p 2 p ( p 0 p 2 )
圆周速度和平均直径较小，所以在容积流量相同
的条件下，喷嘴出口高度增大，叶高损失减小， 喷嘴流动效率较高。 （4） 多级汽轮机前面级的损失可以部分地被下面各级 利用，使全机相对内效率提高
（二）多级汽轮机单位功率的投资大大减小
存在的问题： （1）增加了一些附加损失 （2）由于级数多，相应地增加了机组的长度和质量 （3）由于新蒸汽与再热蒸汽温度的提高，多级汽轮机 高中压缸前面若干级的工作温度较高，对零部件 的金属材料要求提高了 （4）级数增加，零部件增多，使多级汽轮机的结构更
2 0 ( p0 p z2 )
G1 1 A1
zp 0
（2）当最后一片轴封孔口处流速达到临界速度时
G1 1 A1
p0 0 z 1.25
判断汽流在最后一片轴封孔口中是否达到临界速度：
pz p0
pz p0
汽轮机原理 多级汽轮机_2
■
——多级的理想焓降
■ 凝汽式汽轮机的重热系数约为0.04~0.08
4
■ 1）级效率越低，重热系数越大 ■ 2）级数越多，重热系数越大 ■ 3）初始状态的熵越大，重热系数越大 ■ 4）过热蒸汽的重热系数比湿蒸汽大 ■ 重热系数对效率的影响： ■ 1）多级的效率
■ 2）平均级效率
■ 因重热现象，多级的效率大于各级的平均效率
第二章 多级汽轮机
1、多级汽轮机的特点 2、进汽排汽损失和热力过程线 3、轴向推力及其平衡 4、轴封及其系统
1
■ 提高单级汽轮机功率： ■ （1）增大进汽量 ■ （2）增大有效比焓降 ■ 但遇到以下难题： ■ （1）如果比焓降很大，喷嘴出口汽流的马赫
数很大，流动损失很大 ■ （2）如果压力比很小，蒸汽比容变化大，则
循环热效率； ■ 重热现象可部分弥补级内损失，提高整机效率 ■ 单位功率造价低。
3
重热现象
■ 在h-s图上，随着熵增大，两条等压线间的理 想焓降也增大
■ 前一级的损失，引起后面级的理想焓降增大， 有效焓降也随着增大
■ 以上称作重热现象，可部分弥补级内损失 ■ 定义重热系数：
■
——单级的理想焓降之和
5
凝汽式汽轮机各段工作特点
6
■ 蒸汽在多级汽轮机中膨胀作功，压力和温度降 低、比容增大，导致沿蒸汽膨胀流程的通流面 积增大，使汽轮机通流部分结构和工作特征沿 蒸汽流程发生很大变化：
■ 蒸汽比容增大引起叶高增大； ■ 最佳速比把u和c1联系起来； ■ 直径增大，u增大，c1增大，级的焓降增大； ■ 温度减小，音速减小；焓降增大，流速增大；
流，将汽流动能转变为热能。 ■ 随压力降低，蒸汽比容增大，故对相同结构的汽封，
多级汽轮机的工作原理解析
多级汽轮机的工作原理解析多级汽轮机通常由高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸组成，每个汽缸又包括一个转子和一个定子。
转子是旋转部件，由叶片组成；而定子则是固定部件，也由叶片构成。
这些转子和定子通过轴连接在一起，形成一个整体。
蒸汽则通过多级汽缸进行流动，每个级别都从前一个级别的出口进入，从后一个级别的进口流出。
首先，从锅炉中产生的高温高压蒸汽通过汽轮机的进口进入第一级高压汽缸。
在这个过程中，需要控制蒸汽流量和背压，以保证蒸汽的流量和质量在一定范围内。
接下来，高温高压蒸汽进入高压汽缸，与高压汽轮机转子上的高压叶片接触，通过热交换的方式，将蒸汽的高温高压能量转移到高压叶片上。
在这个过程中，蒸汽的能量被转化为旋转转子的动能，并带动转子旋转。
而后，蒸汽从高压汽缸的出口流出，进入中压汽缸。
在中压汽缸中，蒸汽再次与中压叶片接触，继续将其能量传递给中压叶片。
最后，蒸汽从中压汽缸出口进入低压汽缸。
在低压汽缸中，蒸汽再次与低压叶片接触，将其剩余能量转移到低压叶片上。
随着蒸汽从高压汽缸到低压汽缸的流动，蒸汽的压力和温度逐级降低，同时叶片的尺寸也逐级增大。
这是为了充分利用蒸汽的能量，提高汽轮机的能量转换效率。
整个过程中，每个级别的转子都被蒸汽的动能推动旋转。
同时，由于转子与定子之间存在差速，叶片上的蒸汽将承受一个向前方推动的力，这使得转子能够对流体进行机械能转换。
最后，经过多级汽缸的作用，蒸汽从低压汽缸出口排出，进入冷凝器进行冷凝，然后重新回到锅炉中进行循环。
多级汽轮机相对于单级汽轮机具有一些优点。
首先，多级汽轮机可以提高汽轮机的能量转换效率，减少能源的浪费。
其次，多级汽轮机可以更好地适应不同条件下的工作需求，提高汽轮机的运行稳定性和可靠性。
此外，多级汽轮机还可以降低风险，当一个级别发生故障时，其他级别仍然可以正常工作。
总结多级汽轮机是一种利用高温高压蒸汽驱动的动力装置，它通过多个级别的转子和定子进行工作。
蒸汽从高压汽缸到低压汽缸的过程中，逐级降低压力和温度，同时通过热交换和机械能转换，将蒸汽的能量转化为旋转转子的动能。
多级汽轮机课程设计
多级汽轮机课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握多级汽轮机的基本原理和结构特点，理解级与级之间的关系和能量转换过程。
2. 使学生了解多级汽轮机的设计方法，包括气动设计、热力设计和结构设计等方面的知识。
3. 帮助学生了解多级汽轮机的运行特性和性能指标，如效率、功率、流量等。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行多级汽轮机设计计算和方案分析的能力。
2. 培养学生运用CAD软件绘制多级汽轮机零部件图纸的能力。
3. 提高学生团队协作和沟通表达的能力，能在项目中承担相应的设计和汇报工作。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对能源动力工程的兴趣，培养其热爱专业、投身工程建设的情感态度。
2. 培养学生严谨求实的科学态度，提高其在面对工程问题时勇于创新、积极进取的精神风貌。
3. 强化学生的节能环保意识，使其在设计过程中充分考虑能源利用和环境保护。
课程性质：本课程为高年级专业选修课，旨在让学生在掌握基础知识的基础上，进一步提高解决实际工程问题的能力。
学生特点：学生具备一定的汽轮机原理和设计基础，具有较强的学习能力和实践操作能力。
教学要求：结合实际工程项目，注重理论与实践相结合，提高学生分析和解决实际问题的能力。
通过课程学习，使学生达到上述课程目标，为将来的职业发展奠定基础。
二、教学内容1. 多级汽轮机原理与结构- 汽轮机级的工作原理与能量转换- 多级汽轮机的级数与组合方式- 汽轮机的结构特点及其对性能的影响2. 多级汽轮机设计方法- 气动设计原理及叶片造型- 热力设计方法及热力参数优化- 结构设计原理及强度分析3. 多级汽轮机性能分析- 效率、功率、流量等性能指标计算- 汽轮机运行特性曲线分析- 影响性能的因素及其改进措施4. 多级汽轮机设计实践- 设计计算方法及步骤- CAD软件在汽轮机设计中的应用- 设计方案的评价与优化5. 课程项目与汇报- 团队合作完成多级汽轮机设计项目- 项目汇报与成果展示- 设计过程中问题分析与解决方法交流教学内容安排与进度：1-2周：多级汽轮机原理与结构学习3-4周：多级汽轮机设计方法学习5-6周：多级汽轮机性能分析学习7-8周：多级汽轮机设计实践与项目实施9周：课程项目汇报与总结教材章节及内容关联：《汽轮机原理与设计》第3、4、5、6章，涵盖多级汽轮机原理、设计方法、性能分析及实践应用等方面的内容，为课程教学提供科学性和系统性的支持。
多级汽轮机课件
§2.2
进汽节流损失和排汽阻力损失
' c
对扩压型排汽管：如果排汽管进口马赫数Ma≤0.5
2 Gc 2 1 则排汽压损可由下式计算： pc p pc ex 1 f 2 2 A 1
排汽部分通常做成蜗壳扩散式，尽可能使排汽的余速动能转变为 压力能，补偿流动产生的损失，并内装导流环，使乏汽均匀地布 满整个排汽通道，保持排汽畅通。由于排气管中扩压器的位置不 同，所以有不同的排气管形式，如图表示了两种不同形式的排气管。 排汽管评价指标： 能量损失系数ξex和静压恢复系数ηex 进入排汽管的汽流速度的马赫数Ma≤0.3时，排汽可视为不可压缩 流体，其能量方程为： p 整理为：
ht
2
k RT1 1 k -1
' 1 2 t
p3 p 2
2' t
k -1 k
T1 T ,?Ê Δh Δh
在前一级有损失的情况下，本级进口温度升高，级的理想比焓降
稍有增大，这就是重热现象。
§2.1
2. 重热系数
多级汽轮机的优越性及其特点
p1
p2
将蒸汽作为理想气体： 第一级没有损失时：
p3
T1'
第二级的初始蒸汽参数为
p2、T1'
h h
2' t
ht2
。
s
§2.1
多级汽轮机的优越性及其特点
k 1 k p3 k 2' ' ht RT1 1 p2 k 1
第一级总是有损失存在的，因此第一级排汽的比熵和温度将增加， p2、T1 实际第二级初始蒸汽参数
pr (0.12 ~ 0.15) pr 0 pr 0 高压缸排汽压力
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hi is ht 2
……，
hin is htn
相加得
hi + hi +……+ hin
= i （ ht1 + ht 2 +……+ htn ）
s
ti
h
j 1
n
j
i
= （
s i
h
i 1
n
）= is （1+α ） H t
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2014年12月19日星期五
ht* ht hc 2
这就增加了该级的绝热可用能 量，使汽流在级内的做功能量增 加
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2014年12月19日星期五
3、重热的利用
重热现象 在h—s 图上，在过热区内，随着 温度增加，等压线是呈扩散形；在湿 蒸汽区，等压线是斜率为常数的直线。 因此，在h—s 图上的两条等压线之间 的距离（焓降）是随着熵的增加而增 加的。这样一来，前一级的损失造成 的熵增，能使后一级的理想焓降增加。 即前一级的损失，加热了蒸汽本身， 使后一级的进汽温度升高，即在后一 级得到了利用——这就是多级汽轮机 的重热现象。
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二、端部泄漏损失 三、汽轮机的外部损失 汽轮机把轴上的功率传递给螺旋桨，还需要消耗一部分机械功，用来克服轴 承、齿轮减速器的摩擦损失以及带动不工作级空转所消耗的功，统称为汽轮机 的外部损失。 1、机械损失 N m 汽轮机在运行时要克服推力轴承、支撑轴承的摩擦损失，带动调速器及主滑 油泵或脉冲测速油泵等的损失为机械损失。 机械效率一般定义为: N Nm m i 1 m
第三节 汽轮机的密封原理及密封系统 一、密封原理
蒸汽通过一环形齿隙时，通道面积减 小，速度增加，压力从P0降到P1 。蒸汽进 入两齿间大空间时，容积突然增大，速度大 为减小。由于涡流和碰撞，蒸汽动能被消耗 而转变成热量，使蒸汽焓值又回到原值。蒸 汽通过轴封齿隙为一节流过程。蒸汽每通过 轴封一齿隙时，都重复这一过程，压力不断 降低，直到轴封最后一齿。所以，轴封的作 用是将一较大压差分割成若干较小的压差， 从而降低漏汽速度，减小漏汽量。这就是齿 形轴封的工作原理。
A0 ( p0 , t 0 )
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第二节 多级汽轮机设计中的若干问题 2、余速的利用
多级汽轮机除最末级的余速没办法利用，第一级和中间各级的余 速，都可以不同程度地被下级利用，从而使除末级以外，所有级的轮 周效率都有所提高。 第n级在喷嘴入口考虑(n-1)级的余速动能，该级的可用能量
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3、相对电效率：发电机电功率与发电机有效功率之比 发电机的效率
相对电效率：将汽轮机、轴承和发电机合在一起看成一个整体，整
个机组输入能量为理想功率，输出功率为电功率，则整个机组的效率称 为相对电效率
（一） 相对效率
1、相对内效率：衡量汽轮机内能量转换完善程度的重要指标 。它是整机有
效焓降与理想焓降之比，即
ri
Pi H i Pt H t
汽轮机的相对内效率是考虑了机组进出口管道的压力损失和各级内能的 损失。 2、相对有效效率：轴输出有效功率与蒸汽理想功率之比之比
Pi -汽轮机输出内功率， Pe Pe Pi re mri m -机械效率 Pt Pi Pt
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三.密封系统
曲径式密封结构只能减少泄漏，不可能做到防止泄漏发 生。对于工作在密封机舱内的舰船主汽轮机组要求严格限制 工质蒸汽漏入舱室，以免降低效率及损害舰员的工作环境。 为此汽轮机组要配置完善的汽封抽汽系统，严格禁止工质蒸 汽漏入舱室和防止空气漏入系统内。 作用：在任何运行工况下保证蒸汽不外泄、空气不内漏，同 时回收泄漏蒸汽的热能（轴封加热器）和组织汽流冷却转子 的轴端。 特点：轴封分成多段多室，与大气环境接近的腔室的压力由 抽汽器或风机维持略低于大气压力，紧邻的腔室压力由压力 调节器维持略高于大气压力，从而保证蒸汽不外泄、空气不 内漏。
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第二节 多级汽轮机设计中的若干问题 1、多级汽轮机的热力过程线
其热力过程曲线如图。调节级前的蒸汽状态点 为 A0 ( p0 , t0 )，排汽压力用 pc 表示。汽轮机总理想 焓降为 Ht 。由于进汽机构的节流损失和排汽 机构的压力损失，故调节级喷嘴前的实际状态点 。考 为 A0 , 而汽轮机末级动叶出口压力为 pc 虑了这两项损失之后，则总的理想焓降为Ht 。 为整机的有效焓降。多级汽轮机前一级的排汽状 态点，就是下一级的进汽状态点。把各点连接起 来，就是多级汽轮机的热力过程曲线。整个热力 过程曲线由三部分所组成：进汽机构的节流过 程，各级实际膨胀过程, 排汽管道的节流过程。
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组成：轴封系统由轴封、供汽母管及均压箱、轴封调节器、轴封 加热器和轴封抽汽器等组成。 轴封系统的型式有外供汽式和自密封式两种，不同制造厂采用不 同的轴封系统和轴封汽流组织方式。
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第四节 多级汽轮机的轴向力及平衡方法
NT N g NT
1 g
N g ——齿轮减速器损失的功率 NT ——汽轮机传递给齿轮减速器的功率
g ——齿轮传动能力损失系数
对单级齿轮传动： g 0.98 ~ 0.985 对双级齿轮传动： g 0.96 ~ 0.985
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第六节 汽轮机组效率及动力装置评价指标 一、汽轮机及其装置的效率
多级汽轮机焓降大
单级最佳特性速比影响级的轮周效率
材料限制级2月19日星期五
分级方法
① 速度分级: 一列喷嘴中获得的动能，在两列以上工作叶栅内 做功的分级方法称为速度分级。
② 压力分级: 把蒸汽总焓降分配到若干相串联的级内进行膨胀 做功的分级方法为压力分级。 压力分级因为良好的经济型被大型汽轮机组广泛采用。
而整机的内效率为：
H i is (1 )H t j 1 is (1 ) H t H t H t
T i
hi
n
j
由于 α> 0，所以 iT is，即整机的内效率大于各级平均内效率。 通常，重热系数 α = 0.03 ~ 0.08 ，其大小与下列因素有关：
1) 和级数有关，级数多， α大； 2) 与各级内效率有关，级内效率低，则α大； 3) 与蒸汽状态有关，过热区α大，湿汽区α小。 ** ：决不能误认为 α越大越好。因为 α增大，是以增加损失为代价的，而 重热只能回收损失其中的一小部分。 α大会使整机的内效率降低。
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n
h
i 1
n
ti
= H t (1+α )
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整机效率与级效率
根据上述推导，各级理想焓降之和大于整机理想焓降。由于这部 分热量的利用，使整机的内效率大于各级平均内效率。设各级内效 率相等，用 is表示，则各级有效焓降为：
h ht1
i s i
ht1 + ht 2 + ht 3 +……+ htn > ht1 + h't 2 + h't 3 +……+ h'tn
即有： hti > H t
i 1
n
也就是： H t 称为重热系数。则上式写成
H t
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H t hti = H t + H t = H t 1 H i 1 t
Ni N v v 1 v Ni
Nv ——汽轮机不工作级空转损失
Ni
——汽轮机的内功率 ——汽轮机的空转损失系数
v
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3、齿轮减速器的机械损失 N g 该损失包括齿轮啮合、轴承摩擦、滑油搅动所消耗的机械功。 齿轮传递效率一般定义为:
g
蒸汽每通过轴封一齿隙，压力不断降低，容积不断扩大，而流量相同。 据连续性方程，流速越来越大，在最后一齿达到最大。曲线对应C/v=常数，称 芬诺曲线（等流量曲线）。
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二、减少漏汽的途径
当漏汽通过轴封时，依次逐个通过这些齿隙和环形汽室。通过轴封漏量： AC Gl l v 为了减少漏汽量，可以通过：减少齿隙面积 Al、汽流速度C 和增大比容v 等办法来实现。 但是： 1）比容v由蒸汽流动状态来决定，不可任意改变 。 2）面积 ，轴封直径dl是由轴强度确定。为了保证安全，间隙不能太 A d 小(一般 = 0.3~0.6 mm) 。太小，可能使大轴与轴封片摩擦，造成轴弯曲 ， l l 引起机组振动。 3）唯一可行的办法就是减小汽流速度C。汽流速度C取决于轴封齿两侧的压 力差，所以减小轴封齿两侧的压力差是减少轴封漏汽量的主要措施。
Nm ——克服轴承等摩擦损失
Ni
m——汽轮机的机械损失系数
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Ni ——汽轮机的内功率
2、不工作级叶轮的空转损失 Nv
舰船在正车航行时，由于倒车级不工作而发生空转，产生额外的损失，按 鼓风损失进行计算。 这部分损失对舰船汽轮机设计工况的效率影响很大，也是舰船效率较低的 原因，用空转效率来表示。 空转效率一般定义为:
第4章 多级汽轮机
哈尔滨工程大学核能科学与工程教研室
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第一节 汽轮机的分级
提高功率的途径：增加进汽量和总理想焓降 考虑经济和安全问题，单级汽轮机有效利用很大理想焓降是不 可能的 解决方案：多级汽轮机。每级只利用总焓降中的一部分，都在 最佳速度比附近工作，有效利用整机理想焓降，提高机组效率。 多级汽轮机分级的原因：